Виконання цементаційних робіт

Комплекс робіт по цементації основ ГТС включає:

- розбивку осей і прив’язку цементаційних свердловин на місцевості;

- буріння свердловин, їх облаштування та підготовка до цементації;

- підготовка породи до цементації;

- нагнітання цементаційного розчину;

- контрольне нагнітання води;

- ліквідація свердловини.

Ці роботи виконуються з природної поверхні, тобто з дна котловану, або крізь тіло споруди, або з підземних виробок.

Цементацію з природної поверхні виконують до початку робіт по основним спорудам. При розробці котловану верхня частина цементаційної завіси руйнується і потребує ремонту.

Цементацію з дна котловану виконують тільки при влаштуванні майданчикової цементації. Як правило, майданчикова цементація одночасно грає роль зв’язучої і виконується крізь бетон споруди товщиною 2…3 м.

Цементацію крізь тіло споруди виконують з поверхні частково або повністю побудованої споруди, як правило, з спеціальних галерей в споруді крізь бетон з боку напірної грані споруди. При цементації з поверхні частково побудованої бетонної споруди ці роботи суміщаються з бетонними. При цьому в споруді залишають труби, крізь які бурять цементаційні свердловини в основі.

Цементація з галерей здійснюється автономно і не впливає на процес будівельного-монтажних робіт. Розміри галерей визначаються габаритами обладнання і, як правило, мають висоту 4..5 м і ширину до 3..4 м.

Цементація з підземних виробок виконується при влаштуванні башто - ярусних берегових завіс. Породу навколо виробок цементують, що покращує спряження ярусів завіси і захищає від притоку грунтових вод.

Бурять цементаційні свердловини обладнанням, при роботі якого утворюється мала кількість шламу, що не засмічує гирло тріщин. Тому свердловини формуються з гладкими стінками і мінімальним викривленням. Допустиме відхилення осей свердловини від заданого напрямку не повинно перевищувати 1,5…3,5 % відповідно при глибині свердловини 20…80 м. Свердловини глибиною до 5..6 м бурять легкими перфораторами, до 10 м- станковими перфораторами, а більшої глибини – станками ударно-обертального буріння з зануреним пневмоударником.

Діаметр свердловини визначається можливість подачі крізь неї необхідної кількості розчину для ін’єкції. Як правило він приймається в межах 42…91 мм, а при цементації крупних порожнин і пустот з подачою в’язких розчинів 91…110 мм.

Облаштування свердловин і підготовка до цементації.

Ізоляцію гирла свердловини, а також намічених до цементації виконують спеціальними тампонами, що є елементом пересувного нагнітання циркуляційного або без циркуляційного тиску. Ущільнювач може бути одинарними і подвійним.

Одинарний розміщують на кінці колони труб нагнітання, і він ізолює нижче розташовану зону цементації. Подвійний ущільнювач має дві системи кілець, які розташовуються вздовж колони труб нагнітателя з необхідною віддалю між кільцями, яке визначає довжину ділянки ізольованої зони на заданій глибині.

Пересувний нагнітателя циркуляційного тиску складається з 3-х колон труб.

При необхідності він може використовуватися як нагнітателя без циркуляційного типу.

Довжину ущільнювача призначають з умови виключення прориву розчину в обхід тампону. Тому в сильно тріщинуватих породах довжина ущільнювача приймається не менше 0,5 м. Стінки свердловини в зоні ущільнювача повинні бути рівними.

При цементації нажимним способом свердловини обладнуються нагнітателем без циркуляційного типу, який складається з двох колон труб і гумового ущільнювача.

Рис 1. Пересувні нагнітателі для цементації:

а – циркуляційного типу з одиночним ущільнювачем: 1- моне метр; 2- вентиль; 3- ущільнюючий ключ; 4- патрубок з різьбою для ущільнення; 5- хомути; 6- зовнішня труба; 7- труба для повернення розчину; 8- верхній фланець; 9- ущільнювач; 10- нижній фланець; 11- труба для подачі розчину.

б- одноколонний циркуляційного типу: 1- рухома муфта; 2- пластинчата пружина; 3- гайка; 4- гумові кільця; 5- опорна муфта.

Для ізоляції ділянки свердловини на різній глибині її обладнують пересувними нагнітателями з подвійними ущільнювачами у вигляді двох систем гумових кілець або саморозжимаючим манжетним тампоном.(рис. 2.)

Підготовка порід і свердловини до цементації передбачає видалення шламу з свердловин, промивку тріщин, гідравлічні випробування і дослідну цементацію.

При промивці тріщин водою або водно-повітряною сумішшю видаляють з них глину, дрібнозернистий пісок та інші матеріали. Тріщини породи навколо одиничних свердловин промивають циркуляційним способом. Якщо свердловини перетинають систему взаємопов’язаних тріщин, то їх промивку ведуть одночасно групу свердловин. Воду нагнітають крізь одну свердловину, а вилив її здійснюють відкрите гирло іншої. Всі свердловини цієї групи щільно закривають Промивку ведуть при декількох етапах, поступову збільшуючи тиск а ж до освітлення зворотної води або до отримання незмінного тиску її витрати.

Дослідну цементацію проводять на 2…3 характерних ділянках завіси, нагнітаючи розчин в ряд з 10…15 свердловин. По результатам пробної ін’єкції у дві сусідні свердловини і контрольну між ними деталізують спосіб нагнітання, початкову і кінцеву консистенції розчинів, тиск нагнітання, віддаль між свердловинами першої черги з умови, щоб нагнітаючий у свердловину розчин не виливався у сусідні.

Рис. 2. Ущільнювачі – манжетні тампони/

I- чотирьох монтажний; II – щілинний; III – двох манжетний; 1- ніпнель; 2- різьба; 3- гумові манжети; 4- корпус; 5- пробка.

Нагнітання цементаційних розчинів здійснюється методом послідовного зближення і випробування свердловин. Спочатку бурять і цементують свердловини першої черги. По закінченні цементації, коли питоме водопоглинання в них буде рівне або менше проектного то між ними бурять послідовно свердловини другої черги. Якщо питоме водопоглинання при нагнітання води в ці свердловини не перевищує допустимого значення, то цементацію на даній ділянці завіси вважають закінченою. Якщо ж цей критерій вище допустимого, то свердловини другої їх черги цементують до отримання в них проектного питомого водопоглинання. Після цього між свердловинами першої і другої черги бурять свердловини третьої черги, а потім виконують контрольне нагнітання води і т.п. Свердловини зближують до отримання завіси проектної щільності. Віддаль між свердловини при кінцевий стадії цементації може скоротитися до 0,5…1,0 м. Якщо при цьому не досягнута проектна щільність завіси, то створюють двох- або багаторядну її конструкцію. Число черг наближення свердловини повинно бути не менше 3-х.

Віддаль від свердловини першої черги призначають з умови виключення гідравлічного зв’язку між ними. Як правило, воно складає 6…12 м в породах із слабкою тріщинуватістю і 16…20 м – в сильно тріщинуватих породах. Глибину свердловин першої черги роблять на 5…10 м нижче кордону не досконалої завіси. Роботи по влаштуванню цементаційної завіси виконують одним із способів:

- буріння свердловин і ін’єкція на всю глибину завісі в один прийом;

- буріння свердловин і нагнітання розчину нисхідними зонами;

- буріння свердловин на всю глибину і цементація висхідними зонами (рис. 3.)

Перший спосіб застосовують при влаштування неглибоких (до 15 м) або тимчасових завіс, а також при укрупнювальній цементації.

Другий спосіб є основним при влаштуванні завіс і застосовується коли вишукувань недостатньо. Глибину зони приймають як правило 2…5 м з крупними і 10…20 м з дрібними тріщинами.

Третій спосіб застосовують при добре вивченому геологічному розрізі основи, коли глибина завіси визначена проектом. Нагнітання розчину ведуть по зонам з низу до верху, ізолюючи при цьому тампоно-ущільнювачем зацементовану зону від нижче розташованої.

Рис.3. Способи цементації гірських порід.

а- буріння свердловин і цементація на повну глибину; б- буріння свердловин і цементація нисхідними зонами; в- буріння свердловин на повну глибину і цементація висхідними зонами; I-IV- послідовність проведення робіт; 1-3 – зони цементації; Т- положення тампона в момент нагнітання розчину.

Нагнітання розчину в свердловину здійснюють, як правило, гідравлічним способом за циркуляційною або без циркуляційною схемою. При циркуляційній схемі в свердловину подається розчину більше, ніж можуть поглинути тріщини, а надлишок розчину повертається в розчино змішувач (рис. 4.)

При без циркуляційній схемі розчин подають у свердловину в обсязі потрібному для поглинання його тріщинами. Схему нагнітання вибирають відповідно з станом породи. Якщо при випробуванні свердловини водою тиск стабільно тримався на рівні 0,2…0,3 мПа і більше, то рекомендується циркуляційна схема, при менших – безциркуляційцна. При зменшення питомого поглинання розчину до 5…15 л/хв. потрібно переходити на циркуляційну схему.

Для цементації скельних порід використовують рідкі з малою структурною міцністю і в’язкістю розчини, які легко поглинаються тріщинами і пустотами та стійкі проти хімічної агресії. Застосовують чисто цементні, нестійкі до розшарування розчини, цементно-глинисті, глино-цементні або цеметно-піщані. Орієнтовно початкову консистенцію цементних розчинів можна в таких межах:

Питоме водопоглинання породи, л/хв.

0,1; 0,1…0,5; 0,5…1,0; 1…2; 2..4; 4.

Початкова консистенція цементної суспензії.

10:1; 5:1; 3:1; 2:1; 1:1; 0,8:1.

Для розчинів використовують потрланцемент, стійкий проти хімічної агресії, марки не нижча 400- при цементації основ споруд першого класу і не нижче 300- в інших випадках. Для цементації порід з тонкою тріщинуватістю застосовують розчин на цементах активованих,

При цементації крупних тріщин використовують глино-цементні розчини, цементно-піщані і з помелом.

Ін’єкцію починають розчином малої консистенції при В/Ц 10 або 5 зразу після гідравлічного випробування свердловини. В породах, які легко деформуються або піддаються гідравлічним розривом початковий тиск не повинен перевищувати 50% тиску відмовах. Якщо протягом 15 хв нагнітання поглинання розчину не знижується, то здійснюють поступово його згущення до В/Ц= 5; 3; 2; 1; 0,8; 0,6.

Цементацію порід з крупними тріщинами здійснюють густими розчинами з відповідними додатками, нагнітання їх при низькому тиску з перервами після введення 400…5000 кг сухої суміші на 1 кг свердловини. Нагнітання розчину ведуть безперервно до відмови в поглинанні. За відмову приймається поглинання розчину менше 2..3 л/хв. при проектному тиску, який витримується на протязі 5…10 хв.

Дата добавления: 2014-01-04